สารเคมีในการแปรรูปควอตซ์

2025-03-27

ส่วนกรดอนินทรีย์

1.กรดไฮโดรคลอริกและเกลือคลอไรด์

a.กรดไฮโดรคลอริก

หนึ่งในกรดอนินทรีย์ที่คลาสสิกที่สุด มีความสามารถในการละลายออกไซด์ของเหล็กและแร่ดินเหนียวได้ดี ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากราคาที่ต่ำและผลลัพธ์ที่ชัดเจนและตรงไปตรงมา ไม่ว่าจะเป็นการล้างเพื่อกำจัดผิวเหลืองในแผ่นควอตซ์ หรือการล้างทรายบริสุทธิ์สูง กรดไฮโดรคลอริกเป็นที่ชื่นชอบ.

การบำบัดน้ำเสียจากกรดไฮโดรคลอริกนั้นค่อนข้างง่าย การทำให้สารละลายเป็นกลางด้วยด่างจนถึงระดับความเป็นกลางและการตกตะกอนใหม่สามารถทำให้เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยของประเทศ อย่างไรก็ตาม ในกรณีการป้องกันสิ่งแวดล้อมจากมลพิษกรดในสถานที่ต่างๆ มลพิษจากน้ำเสียที่มีกรดไฮโดรคลอริกเป็นสิ่งที่พบได้บ่อยที่สุด

ทำไม

การทำให้กรดไฮโดรคลอริกในน้ำเสียเป็นกลางต้องใช้ด่าง โดยใช้ปูนขาวซึ่งเป็นที่นิยมเป็นตัวอย่าง ตามสมดุลทางเคมี ของเหลวที่เกิดจากกรดไฮโดรคลอริกอุตสาหกรรม 31% หนึ่งตัน จะใช้ปูนขาวประมาณ 0.25 ตันในทางทฤษฎี ในความเป็นจริง เนื่องจากปูนขาวไม่ละลายทั้งหมด หากปูนขาว 50% มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา จะใช้ปูนขาวประมาณ 0.5 ตันสำหรับของเหลวที่เกิดจากกรดไฮโดรคลอริกอุตสาหกรรมหนึ่งตัน ราคาของกรดไฮโดรคลอริกอุตสาหกรรมหนึ่งตันอยู่ที่ 100-400 หยวน ราคากลางอ้างอิงอยู่ที่ 300 หยวน ราคาของปูนขาวหนึ่งตันอยู่ที่ 400-1000 หยวน และราคากลางอ้างอิงอยู่ที่ 700 หยวน ดังนั้นเราจึงสามารถทราบได้ว่าต้นทุนการใช้กรดไฮโดรคลอริกหนึ่งตันอยู่ที่ 300 หยวน ต้นทุนปูนสำหรับการบำบัดน้ำเสียอยู่ที่ 350 หยวน และต้นทุนการบำบัดน้ำเสียได้เกินต้นทุนการใช้กรดไฮโดรคลอริกไปแล้ว บางบริษัทที่ไม่เป็นมาตรฐาน ในด้านหนึ่งไม่มีสิ่งอำนวยความสะดวกในการบำบัดน้ำเสีย และในอีกด้านหนึ่งไม่ต้องการแบกรับต้นทุนที่สูงขึ้น ส่งผลให้เกิดเหตุการณ์การปล่อยกรดเสียโดยตรงบ่อยครั้ง

หลังจากทั้งหมด มาร์กซ์กล่าวว่า: “เพื่อผลกำไร 100% ทุนกล้าทำลายกฎหมายของมนุษย์ทั้งหมด”

b.เกลือคลอไรด์

เกลือคลอไรด์ทั่วไป เช่น โซเดียมคลอไรด์, โพแทสเซียมคลอไรด์, ลิเทียมคลอไรด์, แคลเซียมคลอไรด์, แมกนีเซียมคลอไรด์ สามารถใช้ในการดัดแปลงและการทำให้บริสุทธิ์ของทรายควอตซ์ และยังสามารถใช้ในการคอรีนเนชั่นและการฟอกสีในแร่ธาตุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ไคโอลิน

เอกสารบางฉบับกล่าวถึงการคอรีนเนชั่นและการทำให้บริสุทธิ์ของทรายควอตซ์ด้วยแอมโมเนียมคลอไรด์, ไฮโดรเจนคลอไรด์, คลอรีน หรือคาร์บอนเตตระคลอไรด์

2.กรดซัลฟูริกและซัลเฟต

กรดอนินทรีย์แบบไบนารีที่มีคุณสมบัติออกซิไดซ์สูงและจุดเดือดสูง จุดเดือดของกรดซัลฟูริกเข้มข้นอยู่ที่ 338 °C และไม่ระเหยภายใต้สภาวะปกติ ดังนั้นจึงไม่ถูกใช้แพร่หลายเท่ากับกรดไฮโดรคลอริกในแอปพลิเคชันที่ต้องการการบำบัดหมอกกรด ข้อดีของจุดเดือดสูงคือแร่ธาตุสามารถถูกประมวลผลก่อนที่จะทำให้ร้อนถึงจุดเดือด (เช่น ประมาณ 300°C) โดยไม่ต้องใช้ภาชนะความดันสูง สภาวะสุดขีดเช่นนี้สามารถทำให้แร่ธาตุบางชนิดที่ไม่สามารถละลายได้ด้วยกรดไฮโดรคลอริกถูกย่อยสลายได้ แน่นอนว่าสถานการณ์นี้มีความต้องการสูงในด้านวัสดุและการป้องกันความปลอดภัย ซึ่งพบเห็นได้ไม่บ่อยในกระบวนการผลิตจริง แต่จะพบมากกว่าในห้องปฏิบัติการ

เอกสารบางฉบับกล่าวถึงการใช้เกลือของกรดซัลฟูริกและการเผาไหม้ทรายควอตซ์เพื่อลดปริมาณไทเทเนียมในทรายควอตซ์ การบำบัดด้วยเกลือแอมโมเนียมของกรดซัลฟูริกช่วยลดปริมาณเหล็กในทรายควอตซ์

การบำบัดน้ำเสียกรดของกรดซัลฟูริกและซัลเฟตเหมือนกับน้ำเสียกรดไฮโดรคลอริก ซึ่งสามารถทำให้เป็นกลางด้วยด่าง

3.กรดไฮโดรฟลูออริกและเกลือฟลูออไรด์

กรดอ่อนแบบโมโนเบสไฮโดรฟลูออริก ด้วยความสามารถในการสร้างซับซ้อนที่สูง ได้กลายเป็นอาวุธสำคัญในการทำให้บริสุทธิ์ของทรายควอตซ์ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ กรดไฮโดรฟลูออริกจะทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุสิ่งเจือปนส่วนใหญ่ รวมถึงทรายควอตซ์ ดังนั้นเมื่อความเข้มข้นของกรดไฮโดรฟลูออริกสูงเกินไป จะต้องให้ความสนใจกับการสูญเสียทรายควอตซ์ กรดผสมของกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดไฮโดรคลอริก, กรดซัลฟูริก หรือกรดไนตริกเป็นระบบกรดผสมที่ใช้กันทั่วไป ในสาขาน้ำมัน แกรไฟต์ ซิลิคอนคาร์ไบด์ และแร่ธาตุที่ไม่ใช่โลหะอื่น ๆ ใช้ระบบกรดผสมที่มีกรดไฮโดรฟลูออริก

บทบาทของเกลือฟลูออไรด์ในระบบที่มีกรดคล้ายกับกรดไฮโดรฟลูออริก เกลือฟลูออไรด์ยังถูกใช้เป็นสารเติมแต่ง

ไข่มุกที่ผลิตโดยอารยธรรมอุตสาหกรรมของมนุษย์ไม่สามารถแยกออกจากการมีอยู่ของกรดไฮโดรฟลูออริก ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ กรดไฮโดรฟลูออริกถูกใช้หลักในการทำความสะอาดพื้นผิวเวเฟอร์ หรือในกระบวนการทำความสะอาดและกัดกร่อนระหว่างการประมวลผลชิป ในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ กรดไฮโดรฟลูออริกถูกใช้ในกระบวนการต่าง ๆ เช่น การทำความสะอาดพื้นผิวชิปและการกัดกร่อน ในอุตสาหกรรมแผง กรดไฮโดรฟลูออริกถูกใช้ในการทำความสะอาดพื้นผิวกระจกและการกัดกร่อนซิลิคอนไนไตรด์และซิลิคอนไดออกไซด์ อย่างไรก็ตาม ในอุตสาหกรรมทรายควอตซ์บริสุทธิ์สูง บางคนพยายามหาวิธีการที่ “ปราศจากฟลูออรีน” หรือแม้แต่ “ปราศจากกรด” นี่เป็นวิทยาศาสตร์หรือไม่?

นอกจากการทำให้เป็นกลางด้วยด่างแล้ว จุดที่สำคัญที่สุดในการบำบัดน้ำเสียกรดไฮโดรฟลูออริกคือการลดความเข้มข้นของไอออนฟลูออไรด์ให้อยู่ในช่วงที่กฎหมายกำหนด กระบวนการบำบัดโดยรวมไม่ซับซ้อน และบริษัททั่วไปสามารถจัดการน้ำเสียกรดไฮโดรฟลูออริกได้ อย่างไรก็ตาม บางบริษัทขนาดเล็กและกระจายตัวไม่มีสิ่งอำนวยความสะดวกในการบำบัดน้ำเสียอย่างมืออาชีพและไม่ต้องการเพิ่มค่าใช้จ่ายในการบำบัด การปล่อยน้ำเสียโดยตรงทำให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม หากน้ำเสียถูกปล่อยออกมาโดยไม่ผ่านการบำบัด จะทำให้เนื้อหาฟลูออรีนในพื้นที่น้ำเกินมาตรฐาน ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ฟลูออรีนมีการเปลี่ยนสีในบางพื้นที่

4.ฟอสเฟตและฟอสเฟต

กรดกลางที่มีความเข้มข้นปานกลาง จุดเดือด 261℃ (การสลายตัว) กรดฟอสฟอริกเข้มข้นร้อนสามารถสลายแร่ธาตุส่วนใหญ่ เช่น โครไมต์ รูไทล์ อิลเมไนต์ ฯลฯ และยังสามารถทำปฏิกิริยากับซิลิกาเพื่อสร้างกรดเฮเทอโรโพลี กรดฟอสฟอริกเป็นกรดเพียงชนิดเดียวที่สามารถทำปฏิกิริยากับควอตซ์นอกเหนือจากกรดไฮโดรฟลูออริก

เกลือปกติและเกลือกรดของกรดฟอสฟอริกยังสามารถเห็นได้ในการทดลองการกัดกร่อนของวัสดุควอตซ์

การบำบัดน้ำเสียของกรดฟอสฟอริกและฟอสเฟตจำเป็นต้องทำการเป็นกลางด้วยด่างก่อน และจากนั้นความเข้มข้นของฟอสเฟตต้องลดลงให้อยู่ในช่วงที่กฎหมายกำหนด

5. กรดไนตริกและไนเตรต

กรดไนตริกเป็นกรดอนินทรีย์ที่มีความเข้มข้นสูงและมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ที่แข็งแกร่ง สำหรับสิ่งเจือปนแร่ธาตุที่ลดลงบางชนิด ผลของระบบกรดทั่วไปมีข้อจำกัด ปฏิกิริยาบางอย่างไม่เกิดขึ้น และปฏิกิริยาบางอย่างที่เป็นไปได้ทางเคมีและเทอร์โมไดนามิกถูกขัดขวางทางจลนศาสตร์ ในขณะนี้ หากมีสารออกซิแดนต์ที่แข็งแกร่งเข้ามาเกี่ยวข้อง ปฏิกิริยาสามารถดำเนินการได้และความเร็วของปฏิกิริยาสามารถเร่งได้อย่างมาก และเนื่องจากไนเตรตโดยทั่วไปมีความสามารถในการละลายสูงกว่า การเติมกรดไนตริกจะช่วยป้องกันการตกตะกอนของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา การใช้กรดไนตริกและระบบกรดอื่น ๆ ร่วมกันเหมาะสำหรับการบำบัดทรายควอตซ์ที่มีแร่ธาตุที่ลดลง

บทบาทของไนเตรตในระบบที่มีกรดคล้ายกับกรดไนตริก ไนเตรตยังใช้เป็นสารเติมแต่ง

ในการบำบัดน้ำเสียของกรดไนตริกและไนเตรต นอกจากการเป็นกลางด้วยด่างแล้ว ยังต้องมีการดำเนินการเพื่อลดปริมาณไนโตรเจนแอมโมเนียในน้ำเสีย

สารประกอบอินทรีย์

1. กรดออกซาลิก

ออร์แกนิกไบนารีมีความเข้มข้นสูง และความเป็นกรดของมันเป็นกรดปานกลางซึ่งเป็นกรดที่แข็งแกร่งในกรดอินทรีย์ ออกซาเลตมีผลการประสานที่แข็งแกร่งและเป็นสารเคลือบโลหะที่มีประสิทธิภาพ ในการทดลองการกำจัดเหล็กจากทรายควอตซ์ การใช้กรดออกซาลิกเพียงอย่างเดียว หรือการรวมกันของกรดออกซาลิกและคลื่นอัลตราโซนิก หรือการรวมกันของกรดออกซาลิกและระบบกรดอื่น ๆ สามารถบรรลุผลที่ดีกว่าในการกำจัดเหล็กและการฟอกสี นอกจากนี้ยังมีรายงานมากมายที่กล่าวถึงการใช้กรดออกซาลิกในการทำให้บริสุทธิ์และฟอกสีแร่ธาตุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ไคโอลิน นอกจากนี้ ปริมาณกรดออกซาลิกไม่จำเป็นต้องมากเท่ากับกรดอนินทรีย์แบบดั้งเดิม เช่น กรดไฮโดรคลอริก และต้องไม่เกิน 5% เพื่อให้ได้ผลการดองสูงสุด ออกซาเลตจะรวมตัวกับไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมเพื่อสร้างตะกอนที่มีความสามารถในการละลายน้อย ดังนั้นกรดออกซาลิกจึงมีข้อจำกัดบางประการเมื่อจัดการกับแร่ธาตุที่มีเนื้อหาของโลหะอัลคาไลน์สูง

ในการบำบัดน้ำเสียกรดออกซาลิก นอกจากผลกระทบของกรดแล้ว การมีอยู่ของออกซาเลตในฐานะสารอินทรีย์ยังจะเพิ่มความต้องการออกซิเจนทางเคมีของน้ำอย่างมาก ดังนั้นการบำบัดด้วยปูนขาวจึงเป็นทางออกที่ดีที่สุด นอกจากการเป็นกลางความเป็นกรดแล้ว กรดออกซาลิกยังสามารถตกตะกอนได้เพื่อลดปริมาณออกซาเลตที่เหลืออยู่ได้อย่างมาก

2.กรดซิตริกและโซเดียมซิเตรต

กรดซิตริกเป็นสารประกอบกรดไตรคาร์บอกซิลิกและเป็นกรดอินทรีย์ที่สำคัญ กรดซิตริกมีความอ่อนแอกว่ากรดออกซาลิก แต่เป็นกรดที่แข็งแกร่งในหมู่กรดอินทรีย์ กรดซิตริกและเกลือของมันมีความสามารถในการเชลติงที่แข็งแกร่งในช่วงกรด และสามารถเชลติงไอออนโลหะที่มีประจุสามและประจุสองได้ ส่วนที่เหมาะสมในการใช้งานคือ pH=4～8 เชลเลตที่เกิดจากกรดซิตริกและไอออนเหล็กมีความละลายต่ำและจะเกิดตะกอนในน้ำ เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลาย จะมีการเติมเกลแอมโมเนียมในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อสร้างสารประกอบที่มีความสามารถในการละลายสูงกว่า

ความยากลำบากที่ใหญ่ที่สุดในการบำบัดน้ำเสียของกรดซิตริกและสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ คือการลดความต้องการออกซิเจนทางเคมี ปริมาณสารอินทรีย์จำนวนมากเข้าสู่น้ำเสีย ซึ่งจะทำให้ความต้องการออกซิเจนทางเคมีพุ่งสูงขึ้น การลดความต้องการออกซิเจนทางเคมีต้องการอุปกรณ์และสถานที่เฉพาะทาง เช่น สระออกซิเดชันทางเคมีและสระออกซิเดชันทางชีวภาพ ซึ่งการลงทุนทางการเงินและความยากลำบากในการประมวลผลนั้นสูงกว่าการทำให้เป็นกลางของกรด-เบสอย่างมาก

3. EDTA (กรดเอทิลีนไดอามีนเททราอะซิติก) และเกลือโซเดียมของมัน

EDTA และเกลือโซเดียมของมันเป็นสารประกอบที่สำคัญ ซึ่งมีคุณสมบัติการประสานที่หลากหลายและสามารถสร้างเชลตกับไอออนโลหะเกือบทั้งหมดได้ มันถูกใช้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและอัลคาไลน์อ่อน และมีความสามารถในการกัดกร่อนต่ำ มันเหมาะสำหรับการกำจัดแร่ดินเหนียวและสิ่งเจือปนออกไซด์เหล็กฟิล์มบาง

4. สารประกอบอื่น ๆ

เช่น กรดอะซิติก, กรดซาลิไซลิก, กรดโพลีฟอสฟอริกอินทรีย์ เป็นต้น ความเป็นกรดค่อนข้างอ่อน แต่ความสามารถในการประกอบนั้นโดดเด่น และสามารถใช้เป็นสารประกอบได้

ยังไม่ทราบว่ามีวิธีการที่ดีกว่าสำหรับการบำบัดเคมีของทรายควอตซ์หรือไม่ และแต่ละสารมีข้อดีและข้อเสียที่เกี่ยวข้อง โดยปกติแล้วจะมีการผสมสารหลายชนิดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ผลของการใช้สารต่าง ๆ ร่วมกันและการที่แผนการใช้ยาตรงตามวัตถุประสงค์ของการรักษาล้วนเป็นปัจจัยที่เราต้องพิจารณาเมื่อจัดการกับทรายควอตซ์ หวังว่าทุกคนจะสามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพท้องถิ่นและใช้แผนการใช้ยาที่เหมาะสมที่สุด